(57)【要約】【課題】分子計算による情報通信を頑健に行なうことができる情報の符号化方法及び復号化方法を提供する。【解決手段】  符号化方法は、培養細胞内物質を準備するステップと、符号化すべき情報項目１５０に含まれるビットごとに、培養細胞内物質に存在するＧＴＰアーゼたんぱく質に対するＧＥＦ／ＧＡＰを、ビットの値に応じて選択し、培養細胞内物質に投入する第１の投入ステップ１７０と、各ビットに対応する培養細胞内物質のＧＴＰアーゼたんぱく質について、当該単位の値に応じたキナーゼ又はフォスファターゼを培養細胞内物質に投入する第２の投入ステップ１７２とを含む。第２の投入ステップ１７２により、培養細胞内物質のシグナル伝達ネットワークを介して、培養細胞内物質のＳＰＫがリン酸化又は脱リン酸化され、この状態によって、符号化すべき情報項目１５０が符号１５６に符号化される。【選択図】      図２
2007066150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞内におけるシグナル伝達ネットワークを用いた情報の符号化方法であって、
培養細胞内物質を準備するステップと、
符号化すべき情報項目に含まれる所定の単位ごとに、前記培養細胞内物質に存在する予め定められたＧＴＰアーゼたんぱく質を活性化させる物質又は不活性化させる物質を、各単位の値に応じて選択し、前記培養細胞内物質に投入する第１の投入ステップと、
前記第１の投入ステップの後、各単位に対応する、前記培養細胞内物質のＧＴＰアーゼたんぱく質について、当該単位の値に応じたキナーゼ又はフォスファターゼを前記培養細胞内物質に投入する第２の投入ステップとを含み、
前記第２の投入ステップにより、前記培養細胞内物質のキナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワークを介して、前記培養細胞内物質のＧＴＰアーゼたんぱく質の状態に応じて、前記培養細胞内物質の所定のＳＰＫ（シグナル伝達たんぱく質分子）の状態が第１の状態又は第２の状態のいずれかにされ、当該所定のＳＰＫの状態によって、前記符号化すべき情報項目が符号化される、シグナル伝達ネットワークを用いた情報の符号化方法。
【請求項２】
前記第１の状態は、前記所定のＳＰＫがリン酸化された状態であり、前記第２の状態は前記所定のＳＰＫが脱リン酸化された状態である、請求項１に記載の符号化方法。
【請求項３】
前記ＧＴＰアーゼたんぱく質を活性化させる前記物質は当該ＧＴＰアーゼたんぱく質に対応するＧＤＰ−ＧＴＰ交換因子（ＧＥＦ）であり、不活性化させる前記物質は当該ＧＴＰアーゼたんぱく質に対応するＧＴＰアーゼ活性化たんぱく質（ＧＡＰ）である、請求項１又は請求項２に記載の符号化方法。
【請求項４】
請求項１に記載の情報の符号化方法により符号化された情報を復号化するための、シグナル伝達ネットワークを用いた情報の復号化方法であって、
前記所定のＳＰＫを含む培養細胞内物質に、前記第２の投入ステップで投入されたキナーゼ又はフォスファターゼと相補的なキナーゼ又はフォスファターゼを投入することにより、前記培養細胞内物質のキナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワークを介して、前記培養細胞内物質のＧＴＰアーゼたんぱく質の状態を前記第１の投入ステップ後の状態に復元させる第１の復元ステップと、
前記第１の復元ステップによりＧＴＰアーゼたんぱく質の状態が復元された前記培養細胞内物質に、前記第１の投入ステップで投入された物質に対する相補的な物質を投入することにより、前記第１の投入ステップ前の前記培養組織内のＧＴＰアーゼたんぱく質の状態を復元する第２の復元ステップと、
前記第２のステップ後の前記培養組織内のＧＴＰアーゼたんぱく質が活性化しているか不活性化しているかを読出すことにより、前記符号化されていた情報項目に含まれる各単位の値を復元する第３の復元ステップとを含む、シグナル伝達ネットワークを用いた情報の復号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は生物分子を用いた情報通信技術に関し、特に、細胞内のシグナル伝達のメカニズムを用いた情報通信及び蓄積技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子計算技術は、一般的に使用されている情報理論を補うパラダイムであり、微小世界で高速かつ低エネルギー消費で動作可能という特徴を持つ。細胞内のシグナル伝達に関する分子化学上の最新の技術により、生物学的細胞内に備わっているシグナル伝達メカニズムを用いて計算を行なうことが可能になっている。
【０００３】
ステガノグラフィー（符号が含まれていること自体を隠蔽する技術）という観点からいうと、情報理論の最も重要な応用分野である符号化器／復号化器に生物分子計算を用いることができる可能性が高い。
【非特許文献１】Ｒ．Ｊ．リプトン、「難解な計算問題に対するＤＮＡによる解」、サイエンス、第２６８巻、ｐｐ．５２−５４５、１９９５年４月２８日（R.J.  Lipton,  "DNA  solution  of  hard  computational  problems,"  Science,  vol.  268,  pp.  542-545,  28  April  1995.)
【非特許文献２】Ｃ．Ｅ．シャノン、「通信の数学的理論」、Ｂｅｌｌ  Ｓｙｓｔ．  Ｔｅｃｈ．  Ｊ．、第２７巻ｐｔ．Ｉ、ｐｐ．379−423、１９４８；ｐｔ  ＩＩ、ｐｐ．６２３−６５６，１９４８（C.E.  Shannon,  "A  mathematical  theory  of  communication,"  Bell  Syst.  Tech.  J.,  vol  27,  pt.  I,  pp.  379-423,  1948;  pt.  II,  pp.  623-656,  1948.)
【非特許文献３】Ｇ．マウリ他、「分子計算のための語設計：調査」、ＤＮＡ  ９（Ｊ．チェン及びＪ．ライフ編）、ＬＮＣＳ  ２９４３、ベルリン、ハイデルベルグ、シュプリンガー・フェアラーク、２００４、ｐｐ．３７−４７（G.  Mauri  and  C.  Ferretti,  "Word  design  for  molecular  computing:  a  survey,"  in  J.  Chen  and  J.  Reif  (Eds.)  DNA  9,  LNCS  2943,  Berlin,  Heidelberg:  Springer-Verlag,  2004,  pp.  37-47.)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
分子計算という歴史の浅い分野を振り返ってみると、情報理論に分子計算を応用する理由が明らかとなる。すなわち、非特許文献１においてリプトンは、エーデルマンが導入した、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）ストランドを用いた分子計算によって、コンタクトネットワーク問題を解くことに成功した。この問題は、シャノンの有名な論文（非特許文献２）にまでさかのぼることができる問題である。実際のところ、非特許文献１は、通信又はネットワークにおける情報の流れを符号化するために、分子計算を用いることができることを示したものである。そして非特許文献１で使用した分子はＤＮＡストランドであった。
【０００５】
かつて、カール−ハインツ・ツィマーマンは、ＤＮＡストランドのステッカーモデルを用いた分子計算を、バイナリの線形符号に適用した。しかしこの場合、エラーが生じることが知られている。ツィマーマンは、ＤＮＡストランドを用いた符号化方式に関し、エラーによる制限を分析している。ＤＮＡストランドを用いた符号に関する理論的考察が非特許文献３に記載されている。
【０００６】
一方、生体細胞は自然界に存在するナノバイオマシンの一形態であり、適応可能で、シグナル伝達を用いて自分自身を規制又は調整し、自己の健全さを維持することをある程度まで可能にしている。
【０００７】
このように、ＤＮＡストランドを用いた符号化技術にはエラーが付随し、それによって情報通信が正しく行なわれることが阻害される。分子計算による情報通信において、生体が備えているような頑健さを導入することができれば好ましい。
【０００８】
それゆえに本発明の目的は、分子計算による情報通信を頑健に行なうことができる情報の符号化方法、及びそれに対応する情報の復号化方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、分子計算による情報通信において、生体細胞が備えるシグナル伝達の頑健さと同様の頑健さで符号化を行なうことができる情報の符号化方法、及びそれに対応する情報の復号化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の局面に係る符号化方法は、細胞内におけるシグナル伝達ネットワークを用いた情報の符号化方法であって、培養細胞内物質を準備するステップと、符号化すべき情報項目に含まれる所定の単位ごとに、培養細胞内物質に存在する予め定められたＧＴＰアーゼたんぱく質を活性化させる物質又は不活性化させる物質を、各単位の値に応じて選択し、培養細胞内物質に投入する第１の投入ステップと、第１の投入ステップの後、各単位に対応する、培養細胞内物質のＧＴＰアーゼたんぱく質について、当該単位の値に応じたキナーゼ又はフォスファターゼを培養細胞内物質に投入する第２の投入ステップとを含む。第２の投入ステップにより、培養細胞内物質のキナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワークを介して、培養細胞内物質のＧＴＰアーゼたんぱく質の状態に応じて、培養細胞内物質の所定のＳＰＫの状態が第１の状態又は第２の状態のいずれかにされる。このＳＰＫの状態によって、符号化すべき情報項目が符号化される。
【００１１】
情報の単位の値に応じて選択された物質を培養細胞内物質に投入することにより、ＧＴＰアーゼたんぱく質が活性化又は不活性化される。さらに、情報の単位の値に応じたキナーゼ又はフォスファターゼを投入することで、ＧＴＰアーゼたんぱく質より下流のキナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワークを介し、培養細胞内物質の所定のＳＰＫの状態が第１又は第２の状態となる。この値により、最初の情報が符号化される。ＳＰＫだけを見ても、元の情報は復元できず、そもそもそこに何らかの情報が符号化されていることもわからない。一方、符号化の道筋を逆にたどることで情報を復号化できる。したがって、培養細胞内物質を用い、容易に復号化できない形式で情報を符号化することができる。
【００１２】
好ましくは、第１の状態は、所定のＳＰＫがリン酸化された状態であり、第２の状態は所定のＳＰＫが脱リン酸化された状態である。
【００１３】
さらに好ましくは、ＧＴＰアーゼたんぱく質を活性化させる物質は当該ＧＴＰアーゼたんぱく質に対応するＧＥＦであり、不活性化させる物質は当該ＧＴＰアーゼたんぱく質に対応するＧＡＰである。
【００１４】
本発明の第２の局面に係る復号化方法は、上記した符号化方法により符号化された情報を復号化するための、シグナル伝達ネットワークを用いた情報の復号化方法であって、所定のＳＰＫを含む培養細胞内物質に、第２の投入ステップで投入されたキナーゼ又はフォスファターゼと相補的なキナーゼ又はフォスファターゼを投入することにより、培養細胞内物質のキナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワークを介して、培養細胞内物質のＧＴＰアーゼたんぱく質の状態を第１の投入ステップ後の状態に復元させる第１の復元ステップと、第１の復元ステップによりＧＴＰアーゼたんぱく質の状態が復元された培養細胞内物質に、第１の投入ステップで投入された物質に対する相補的な物質を投入することにより、第１の投入ステップ前の培養組織内のＧＴＰアーゼたんぱく質の状態を復元する第２の復元ステップと、第２のステップ後の培養組織内のＧＴＰアーゼたんぱく質が活性化しているか不活性化しているかを読出すことにより、符号化されていた情報項目に含まれる各単位の値を復元する第３の復元ステップとを含む。
【００１５】
第１の局面に係る符号化方法と逆のステップをたどり、最初のＧＴＰアーゼの状態を復元し、さらにそこから元の情報を復元できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜構成＞
図１に、本発明に係る分子計算を用いた情報の符号化方法及び復号化方法の概略手順を示す。図１を参照して、伝達すべき複数の情報ベクトルｚ（図１における情報ベクトル４０，４２，…，４４）を含む情報ベクトルの集合Ｚ（図１における情報ベクトルの集合２０）があり、以下ではこれを符号化するものとする。情報ベクトルｚはバイナリベクトル、すなわち各要素の値が０と１とのいずれかの値をとるベクトルであるものとする。またベクトルの大きさ（要素数）は予め定められているものとする。
【００１７】
本実施の形態に係る符号化方法では、この集合Ｚ中の情報ベクトルｚの各々の要素を一つの単位とし、これに対し、ある種類のＧＴＰアーゼたんぱく質（以下単に「ＧＴＰａｓｅ」と呼ぶ。）を対応付け、ＧＴＰａｓｅがＧＴＰと結合していて活性化しているか、ＧＤＰと結合して不活性化しているかによって、その要素の値の１、０を表現する。そのために、ＧＴＰａｓｅとしては生物細胞物質内に存在するものを使用することとし、予めその細胞を培養したものを用意する。
【００１８】
次に、各情報ベクトルを、ＧＴＰａｓｅがＧＴＰと結合しているか、ＧＤＰと結合しているかによって各ビットを表現したＧＴＰａｓｅ符号語群２２に変換する。この変換には、ＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワーク１００，１０２，…，１０４を使用する。ＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワークについては後述する。
【００１９】
次に、このようにして得られたＧＴＰａｓｅ符号語群２２を、最終的な符号語２４の１ビットに変換する。最終的な符号語２４の１ビットは、対応するたんぱく質（以下これを「ＳＰＫ」と呼ぶ）にリン（Ｐ）が結合しているか否かにより０か１かを表す。そのため、ＧＴＰａｓｅ符号語群２２を構成する各符号語５０，５２，…，５４に対して、対応するキナーゼ／フォスファターゼを投入することにより、クロストークシグナル伝達ネットワーク１１０，１１２，…，１１４を介し、対応するたんぱく質をリン酸化又は脱リン酸化させる。
【００２０】
このようにして得られた最終的な符号語２４は、符号語本体６０と、符号語本体６０のアドレスに相当するインデックス（ラベル）部６２とを含む。
【００２１】
符号語本体６０は、ＧＴＰａｓｅ符号語群２２を構成するＧＴＰａｓｅ符号語５０，５２，…，５４からそれぞれ生成された複数のビット７０，７２，７４，…を含む。例えばビット７０は、ＧＴＰａｓｅ符号語５０を構成するＧＴＰａｓｅに対し所定のキナーゼ／フォスファターゼを投入することにより得られるたんぱく質であって、リンが結合しているか否かにより０又は１を表す。
【００２２】
インデックス部６２は、図１に示されるようなプロセスにより生成される最終的な符号語２４が複数ある場合に、符号語２４を他と区別するために付されるビットである。インデックス部６２は、現在の半導体により構成されたコンピュータのメモリにたとえれば、ちょうど符号語２４のアドレスに相当する役割を果たす。
【００２３】
最終的な符号語２４が得られることにより、符号化プロセスは終了する。最終的な符号語２４は、ビットの集まりとして表現しているが、実際には複数のＳＰＫの集まりである。一つのＳＰＫがＧＴＰａｓｅ符号語群２２の一つのＧＴＰａｓｅ符号語（例えば符号語５０）をあらわす。
【００２４】
最終的な符号語２４の復号化は以下の手順により行なわれる。まず、最終的な符号語２４の符号語本体６０を構成する各ビット７０，７２，７４，…に対し、クロストークシグナル伝達ネットワーク１１０，１１２，…，１１４と相補的なクロストークシグナル伝達ネットワーク１２０，１２２，…，１２４を適用する。クロストークシグナル伝達ネットワーク１２０，１２２，…，１２４は、それぞれクロストークシグナル伝達ネットワーク１１０，１１２，…，１１４において投入されたキナーゼ／フォスファターゼに対し相補的なキナーゼ／フォスファターゼを投入することにより得られる。この結果得られるのがＧＴＰａｓｅ符号語８０，８２，…，８４からなるＧＴＰａｓｅ符号語群２６である。
【００２５】
次に、ＧＴＰａｓｅ符号語８０，８２，…，８４に対し、各ビットを構成するＧＴＰａｓｅから、ＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワーク１００，１０２，…，１０４に対して相補的なＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワーク１３０，１３２，…，１３４を介して、ＧＴＰａｓｅ符号語群２８が得られる。ＧＴＰａｓｅ符号語群２８は、ＧＴＰａｓｅ符号語９０，９２，…，９４を含む。これらＧＴＰａｓｅ符号語９０，９２，…，９４は、最初の情報ベクトルの集合２０に含まれる情報ベクトル４０，４２，…，４４に対応するＧＴＰａｓｅ符号語となる。
【００２６】
符号語２４を構成するＳＰＫのリン酸化・脱リン酸化の状態の検出には、免疫蛍光（Ｉｍｍｕｎｏｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）が用いられる。ＧＴＰａｓｅがＧＴＰと結合しているか、ＧＤＰと結合しているかの検出には、ＦＲＥＴ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｒｅｓｏｎａｃｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ）装置を使用できる。読出は、蛍光信号を電気信号に変換するトランスデューサを用いることができる。キナーゼによる計算処理の出力の読出しツールとしては、免疫分析を使用できる。バイオ化学技術の分野では、「読出し」という語は、生物化学的信号をある種のトランスデューサを用いて読むことが可能（または見ることが可能）な形式に変換する操作のことをいう。
【００２７】
以上のプロセスを概略的に図２に示す。図２を参照して、このプロセスは、大きく分けて情報ベクトルｚ（情報１５０）を符号化してセル・ウェットウェアを用いた通信のための符号１５６に変換する符号化プロセス１５２と、符号１５６を復号して情報１５０を得る復号化プロセス１５８とを含む。符号化プロセス１５２と復号化プロセス１５８との双方において、符号化対象に応じて適切なＧＥＦ／ＧＡＰ、キナーゼ／フォスファターゼを投入するための制御１５４が必要である。
【００２８】
符号化プロセス１５２は、情報１５０に基づき、ＧＴＰａｓｅ群を準備し適切なＧＥＦ／ＧＡＰを投入することにより、ＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワークを介して情報１５０をＧＴＰａｓｅ符号語に符号化する符号化処理１７０と、符号化処理１７０により得られたＧＴＰａｓｅ符号語に対し、符号に応じた適切なキナーゼ／フォスファターゼを投入することにより、キナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワーク１７２を介してＧＴＰａｓｅ符号語の各々の値を、最終的な符号内において、各符号後に対応するＳＰＫがリン酸化されているか脱リン酸化されているかという情報に変換することにより、ＳＰＫ複合体による符号１５６への符号化を行なう符号化処理１７４とを含む。
【００２９】
復号化プロセス１５８は、符号１５６に対し、符号化処理１７４で投入されたキナーゼ／フォスファターゼと相補的なキナーゼ／フォスファターゼを投入することにより、キナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワーク１８２を介してＧＴＰａｓｅ符号語を復号するための復号化処理１８４と、復号化処理１８４によりキナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワーク１８２を介して得られたＧＴＰａｓｅ符号語を、符号化処理１７０で投入されたＧＥＦ／ＧＡＰと相補的なＧＥＦ／ＧＡＰを投入して得られるＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワークを介して元の情報ベクトルｚ（情報１５０）を復号するための復号処理１８０とを含む。
【００３０】
符号化処理１７０及びキナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワーク１７２が、図１に示す情報ベクトル４０，４２，…，４４の集合２０からＧＴＰａｓｅ符号語群２２への符号化に対応する。符号化処理１７４が、ＧＴＰａｓｅ符号語群２２から最終的な符号語２４への符号化に対応する。復号化処理１８４及びキナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワーク１８２が、最終的な符号語２４からＧＴＰａｓｅ符号語群２６を得る処理に相当する。復号処理１８０が、図１のＧＴＰａｓｅ符号語群２６からＧＴＰａｓｅ符号語群２８への処理に相当する。復号処理１８０が得られた後、各種類のＧＴＰａｓｅがＧＴＰと結合しているか、ＧＤＰと結合しているかを読み出すことにより、情報１５０を復元できる。
【００３１】
図３に、図１に示すＧＴＰａｓｅ符号語５０，５２，…，５４の構成について示す。図３を参照して、ＧＴＰａｓｅ符号語５０，５２，…，５４の各々はビット１９０，１９２，１９４，…，１９６，…，１９８のｎビットを含む。１ビット、例えばビット１９６は、ある種類のＧＴＰａｓｅにより、そのＧＴＰａｓｅがＧＴＰと結合した状態２１０か、ＧＤＰと結合した状態２１２かにより表される。ＧＴＰａｓｅをＧＴＰ又はＧＤＰのいずれと結合させるかは、以下に示すようにこのＧＴＰａｓｅに対応したＧＥＦ又はＧＡＰを対象の細胞培養組織中に投入することにより制御できる。
【００３２】
図４に、ＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワーク１００を構成するＧＥＦ／ＧＡＰサイクルの概念について示す。図４を参照して、ＧＤＰ２３６と結合しているある種のＧＴＰａｓｅ２３４と、ＧＴＰ２３０とが存在している環境に、このＧＴＰａｓｅに対応するＧＥＦ２３２が投入されると、ＧＥＦシグナル伝達ネットワーク２３８により、ＧＴＰ２４４と結合したＧＴＰａｓｅ２４２と、ＧＤＰ２４０とが得られる。逆に、ＧＴＰ２４４と結合しているＧＴＰａｓｅ２４２とＧＤＰ２４６とが存在している環境において、対応するＧＡＰ２４８をＧＰＩ２５０とともに投入すると、ＧＡＰシグナル伝達ネットワーク２５２により、ＧＤＰ２３６と結合したＧＴＰａｓｅ２３４と、ＧＴＰ２５４とが得られる。すなわち、この種類のＧＴＰａｓｅ２３４（ＧＴＰ２４４）に対して、ＧＥＦ２３２とＧＡＰ２４８とは、ＧＴＰａｓｅの状態を、ＧＴＰ２４４と結合した状態及びＧＤＰ２３６と結合した状態との間で切替える、お互いに相補的なスイッチとしての役割を果たす。通常、ＧＴＰａｓｅはＧＴＰと結合している場合に活性化し、ＧＤＰと結合している場合に不活性化することが知られている。したがって、ここでは、各ビットに対応するＧＴＰａｓｅを活性化する物質、又は不活性化する物質を、符号化すべきビットの値に応じて投入する、と考えることができる。
【００３３】
図５に、図１に示す最終的な符号語２４の符号語本体６０の構成について示す。図５に示すように、符号語本体６０はｍビット（ｍは任意の自然数）であり、第１ビット７０、第２ビット７２、第３ビット７４、…、第ｉビット７６、…、及び第ｍビット７８を含む。これら各ビットの値は、各ビットに対応する種類のＳＰＫがリンと結合しているか否かにより表される。すなわち、図５の下段に示すように、例えば第ｉビット７６に対しては、所定のＳＰＫが対応しており、このＳＰＫがリン（Ｐ）と結合している状態２６０のときに第ｉビット７６の値が「１」、ＳＰＫがリンと結合していない状態２６２のときに第ｉビット７６の値が「０」となるように予め決められている。他のビットについても同様である。これらＳＰＫのリン酸化・脱リン酸化は、ＳＰＫに対応するキナーゼ／フォスファターゼによるクロストークシグナル伝達ネットワークにより制御される。
【００３４】
図６に、図１に示すクロストークシグナル伝達ネットワーク１１０を構成するキナーゼ／フォスファターゼシグナル伝達ネットワークの構成について示す。図６を参照して、培養細胞内物質に所定のビットに対応するＳＰＫ２８６とＡＴＰ２８０とが存在する状態下において、このＳＰＫ２８６に対応するキナーゼ２８２を投入すると、キナーゼシグナル伝達ネットワーク２８４を介してＳＰＫ２８６がリン２９２と結合したＳＰＫ２９０となり、同時にＡＤＰ２８８が産生される。逆に、培養細胞内物質にリン２９２と結合したＳＰＫ２９０とＡＤＰ２９４とが存在する状態においてこのＳＰＫ２９０に対応するフォスファターゼ２９６を投入することにより、フォスファターゼシグナル伝達ネットワーク２９８によって脱リン酸化されたＳＰＫ２８６と、ＡＴＰ３００とが産生される。すなわち、このＳＰＫ２８６に対して、キナーゼ２８２とフォスファターゼ２９６とは、脱リン酸化した状態とリン酸化された状態との間で状態を切替える、互いに相補的なスイッチとしての役割を果たす。他の種類のＳＰＫに対しても同様のキナーゼ及びフォスファターゼが存在する。
【００３５】
ＧＴＰａｓｅ符号語群２２から最終的な符号語２４を生成する際のクロストークシグナル伝達ネットワーク１１０，１１２，…，１１４に必要なキナーゼ／フォスファターゼの組合せについては、符号化する側と復号化する側との双方で予め共通のコードブックとして持っておく必要がある。
【００３６】
＜動作＞
以上構成を説明した本発明の一実施の形態に係る符号化方法は、以下のようにして実施される。最初に、符号化プロセスについて説明する。予め、適切な生体細胞を培養したものが用意されているものとする。図１を参照して、符号化すべき情報にしたがい、１又は複数の集合２０が準備される。集合２０の各々を構成する情報ベクトル４０，４２，…，４４はいずれもバイナリベクトルであるものとする。
【００３７】
情報ベクトル４０，４２，…，４４の各々の各ビットに対応する適切なＧＥＦ／ＧＡＰを培養細胞内物質に投入することにより、培養細胞内物質のＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワーク１００，１０２，…，１０４によりＧＴＰａｓｅの活性化／不活性化が行なわれ、ＧＴＰａｓｅ符号語５０，５２，…，５４からなるＧＴＰａｓｅ符号語群２２が得られる。ＧＴＰａｓｅ符号語５０，５２，…，５４の各々の各ビットは、ＧＴＰａｓｅがＧＴＰと結合しているか、ＧＤＰと結合しているかによって１又は０を表す。
【００３８】
次に、培養細胞内物質に、符号に応じた適切なキナーゼ／フォスファターゼを投入することにより、培養細胞内物質のクロストークシグナル伝達ネットワーク１１０，１１２，…，１１４により、ＧＴＰａｓｅ符号語群２２のＧＴＰａｓｅ符号語５０，５２，…，５４の各々から、最終的な符号語２４を構成する符号語本体６０の各ビット７０，７２，７４，…が得られる。これら各ビットは、各ビットに対応するＳＰＫがリン酸と結合しているか否かによって１と０とを表している。複数ビットからなるＧＴＰａｓｅ符号語５０，５２，…，５４（したがって情報ベクトル４０，４２，…，４４）の各々が、符号語本体６０の１ビットに集約される。すなわち、情報ベクトル４０，４２，…，４４の各々が、ビット７０，７２，７４，…など、対応するＳＰＫがリン酸化されているか否かという１ビットの情報により表されることになる。最終的な符号語２４のみからは、元の情報ベクトル４０，４２，…，４４の内容を知ることはできない。したがって、符号化した内容を秘密に保つことができる。また、最終的な符号語２４はリン酸化又は脱リン酸化されたＳＰＫの集合からなるので、この最終的な符号語２４が何らかの情報を表しているか否かさえ、他者には分からない。すなわち、ステガノグラフィーという面からもこの符号化は好ましい。
【００３９】
なお、集合２０が複数個あるときには、符号語本体６０を他の集合２０から得られたものと区別するために、符号語本体６０にインデックス部６２を付して最終的な符号語２４とする。インデックス部６２の生成方法も他の情報ベクトル４０，４２，…，４４などの符号化方法と同じである。
【００４０】
復号化は以下のように行なわれる。最終的な符号語２４を含む培養細胞内物質に、最終的な符号語２４を得る際に投入したキナーゼ／フォスファターゼと相補的なキナーゼ／フォスファターゼを投入することにより、クロストークシグナル伝達ネットワーク１２０，１２２，…，１２４を介して、ビット７０，７２，７４，…に対応したＧＴＰａｓｅ符号語８０，８２，…，８４がＧＴＰ又はＧＤＰ結合型のＧＴＰａｓｅとして産生される。クロストークシグナル伝達ネットワーク１２０，１２２，…，１２４はそれぞれクロストークシグナル伝達ネットワーク１１０，１１２，…，１１４と相補的なクロストークシグナル伝達ネットワークである。得られるＧＴＰａｓｅ符号語８０，８２，…，８４は、ＧＴＰａｓｅ符号語群２２を構成するＧＴＰａｓｅ符号語５０，５２，…，５４と同じものとなる。
【００４１】
さらに、ＧＴＰａｓｅ符号語８０，８２，…，８４を含む培養細胞内物質に、ＧＴＰａｓｅ符号語群２２を得る際に投入したＧＥＦ／ＧＡＰと相補的なＧＥＦ／ＧＡＰを投入することにより、ＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワーク１３０，１３２，…，１３４を介して、ＧＴＰａｓｅ符号語８０，８２，…，８４に対応したＧＴＰａｓｅ符号語９０，９２，…，９４が産生される。このＧＴＰａｓｅ符号語９０，９２，…，９４がＧＴＰと結合しているか、ＧＤＰと結合しているかを前述したＦＲＥＴ装置を使用して検出することにより、ＧＴＰａｓｅ符号語９０，９２，…，９４により表されている情報の読出しが行なえる。この情報は、集合２０の情報ベクトル４０，４２，…，４４により表される情報と同じものとなる。すなわち、最終的な符号語２４を復号化し、情報ベクトル４０，４２，…，４４を復元することができる。
【００４２】
仮に符号語２４の一部ビットにエラーが生じたとしても、ビット７０，７２，７４，…からＧＴＰａｓｅ符号語８０，８２，…，８４を得るときに投入すべきキナーゼ／フォスファターゼがコードブックから分かっているので、生体細胞のシグナル伝達の仕組みにより、エラーの有無にかかわらず、ＧＴＰａｓｅ符号語８０，８２，…，８４が正しく産生される。したがって、この符号化方法はエラーにも強い。実際には、ビット７０，７２，７４，…を表現するＳＰＫは、情報の媒体というよりも情報を復元する際の材料としての役割を果たし、情報自体はビット７０，７２，７４，…からＧＴＰａｓｅ符号語８０，８２，…，８４を得る際に投入すべきキナーゼ／フォスファターゼを特定する情報により保存されていると考えてもよい。
【００４３】
以上のように本実施の形態に係る符号化方法によれば、生体のシグナル伝達ネットワークを利用し、ＳＰＫの状態と、投入すべきキナーゼ／フォスファターゼの組合せとにより情報を保存する。生体のシグナル伝達ネットワークを利用するために、仮に符号に誤りが生じても復号化の処理において適切なキナーゼ／フォスファターゼを投入することで、容易に符号の誤りを訂正できる。また、最終的な符号のみからは、もとの情報が復元できないのみならず、何らかの情報が符号化されていることも分からない。したがって、ステガノグラフィーという観点から見て好ましい符号化方法を提供できる。
【００４４】
なお、イン・ヴィートロで上記方法を実施する場合に使用される培養細胞としては、例えば哺乳動物の上皮細胞（ＭＤＣＫ細胞）が考えられる。上皮細胞は予め準備され、ＥＲＭファミリのたんぱく質（エズリン、ラディキシン、モエシン）と、ＰＫＣ（たんぱく質キナーゼＣ）と、ＡＴＰとしてのボツリヌス毒素と、ＴＲＩＴＣ（テトラメチルローダミンＢイソチオシアネート）とを含む。
【００４５】
例えば、ＧＴＰａｓｅの集合として、Ｒａｓ，Ｒｈｏ，Ｒａｂ，Ａｒｆ，Ｒａｎ等、すなわちＲｈｏファミリＧＴＰａｓｅを用い、対応するキナーゼ／フォスファターゼの集合を用いる。一つのＧＴＰａｓｅがＧＴＰａｓｅ符号語の１ビットに対応する。例えば、ＧＴＰ結合型のＧＴＰａｓｅにより情報の１を、ＧＤＰ結合型のＧＴＰａｓｅにより情報の０を、それぞれ表わす。
【００４６】
ＧＴＰａｓｅ符号語と同様の符号が、ＧＴＰａｓｅに対応して使用されるＧＥＦ／ＧＡＰによっても表わされる。
【００４７】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る符号化方法及び復号化方法の概略を説明するための模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る符号化方法及び復号化方法の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る符号化及び復号化方法において使用されるＧＴＰａｓｅ符号語の構成を説明するための模式図である。
【図４】ＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワークを構成するＧＥＦ／ＧＡＰサイクルを説明するための模式図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る符号化及び復号化方法において使用される符号語２４の符号語本体６０の構成について示す模式図である。
【図６】クロストークシグナル伝達ネットワークを構成するキナーゼ／フォスファターゼサイクルを説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
２０  情報ベクトルの集合
２２，２６，２８  ＧＴＰａｓｅ符号語群
２４  最終的な符号語
４０，４２，…，４４  情報ベクトル
５０，５２，…，５４  ＧＴＰａｓｅ符号語
６０  符号語本体
６２  インデックス部
７０，７２，７４，…  ビット
８０，８２，…，８４，９０，９２，…，９４  ＧＴＰａｓｅ符号語
１００，１０２，…，１０４，１３０，１３２，…，１３４  ＧＥＦ／ＧＡＰシグナル伝達ネットワーク
１１０，１１２，…，１１４，１２０，１２２，…，１２４  クロストークシグナル伝達ネットワーク
【図１】
2007066150.tif 000003
【図２】
2007066150.tif 000004
【図３】
2007066150.tif 000005
【図４】
2007066150.tif 000006
【図５】
2007066150.tif 000007
【図６】
2007066150.tif 000008